專利名稱：光纖閉鎖防越級跳閘系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種防越級跳閘系統(tǒng)。在多級供電系統(tǒng)中，尤其針對井下供電系統(tǒng)供電 距離短、保護區(qū)間小、運行方式多變的特點，利用光纖閉鎖信號，對全段線路進行有效的電 流保護閉鎖，防止越級跳閘。
背景技術(shù)：
目前，針對地面上防止越級跳閘，多數(shù)繼電保護裝置是利用光纖縱差保護來實現(xiàn)， 而針對井下防越級跳閘，本身帶有防越級功能的微機保護裝置很少，而且保護裝置基本上 是靠線路縱差保護和母線差動保護配合來實現(xiàn)防越級跳閘。由于電力系統(tǒng)并不是一個靜態(tài) 的系統(tǒng)，它的運行方式是會變化的，在不同的運行方式下各個保護平臺在電網(wǎng)中的優(yōu)先級 別也會發(fā)生變化。如果只是對固定的聯(lián)絡(luò)線路進行簡單的一對一單向閉鎖，當(dāng)運行方式改 變后，下級線路的進線線路變更，如果不變更閉鎖設(shè)置的話，就不能有效的防止越級跳閘； 有的智能測控終端采用軟件配置的方式，在地面監(jiān)控平臺可以配置開關(guān)的優(yōu)先級，但是只 要線路運行方式改變的話，就必須重新設(shè)置對應(yīng)開關(guān)的優(yōu)先級，操作相當(dāng)繁瑣。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，為了徹底解決越級跳閘，本發(fā)明提供了一套光纖閉 鎖防越級跳間系統(tǒng)，包含兩種裝置，一種是帶防越級跳間功能的微機綜合保護裝置，另一種 是防越級光纖集線器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種是帶防越級跳閘功能的微機綜 合保護測控裝置，型號為PA61，包括主控板、電源板、顯示模塊、紅外遙控器，其特征在于 外部開入量輸入端子、繼電器輸出端子、RS485/CAN通訊端子、絕緣電阻監(jiān)測輸入端子和光 纖閉鎖輸入輸出端子均集成在主控板上；外部模擬量輸入端子通過電源板與主控板相連； 顯示模塊通過通訊電纜與主控板相連；外部開入控制按鈕通過顯示模塊與主控板相連；紅 外遙控器通過顯示模塊與主控板相連。上述的微機綜合保護測控裝置，其進一步特征在于所述主控板是由DSP、FPGA、 鐵電存儲器、采樣電路、繼電器組成，其所含繼電器是由保護分合間繼電器、保持繼電器、信 號繼電器組成；所述電源板是由互感器模塊和電源模塊組成，互感器模塊是一種電流電壓 變換器模塊；所述顯示模塊由有源開入按鍵、指示燈、IXD和紅外接收器組成。上述的微機綜合保護測控裝置，其更進一步特征在于所述電源板通過PT三相取 電，提供給主控板電源并輸出DCllOV和DCMV ；它還具有集成在主控板上的通訊電路部分， 通過光電隔離的通訊接口可進行遠方通訊。上述的微機綜合保護測控裝置，其更進一步特征在于當(dāng)線路發(fā)生過流保護時，保 護裝置故障動作出口，同時內(nèi)部產(chǎn)生過流閉鎖信號，以光信號的方式輸出，對外進行閉鎖使用。上述的微機綜合保護測控裝置，其更進一步特征在于當(dāng)保護裝置發(fā)生過流保護同時接收到外部過流閉鎖信號時，保護裝置延時故障動作出口，并對輸入閉鎖信號重新進 行處理，并以光信號的方式再次輸出，對外進行閉鎖。上述的微機綜合保護測控裝置，其更進一步特征在于當(dāng)保護裝置接收到外部過 流閉鎖信號時，而開關(guān)處于分閘狀態(tài)下，就不再對外發(fā)閉鎖信號。上述的微機綜合保護測控裝置，其更進一步特征在于當(dāng)保護裝置之間光纖連接 中斷后，裝置的告警信號繼電器動作出口。另一種是防越級光纖集線器，型號為SU20，包括主控板、電源板。上述的光纖集線器，其進一步特征在于所述主控板是由FPGA、LED指示燈、撥盤 開關(guān)和繼電器組成，其所含繼電器是由告警繼電器、跳閘閉鎖繼電器組成；所述電源板是電 源模塊組成。上述的光纖集線器，其更進一步特征在于FPGA能夠?qū)Σ杉乃休斎腴]鎖光信 號重新進行處理后再次輸出，用于上級供電線路開關(guān)的閉鎖。上述的光纖集線器，其更進一步特征在于輸出的閉鎖信號包括光信號——用于 閉鎖PA61裝置；電信號——利用開入閉鎖的方式閉鎖其他類型的保護裝置；以及跳閘閉鎖 繼電器出口信號——用于閉鎖上級供電線路開關(guān)的二次跳閘回路。上述的光纖集線器，其更進一步特征在于對光纖連接可以進行判斷，當(dāng)光纖連接 中斷后，裝置的告警繼電器動作出口，LED指示燈同時點亮。上述的光纖集線器，其更進一步特征在于主控板上的撥盤開關(guān)可對各閉鎖輸入 進行投退控制，避免裝置誤告警。上述的光閉鎖信號，其進一步特征在于信號狀態(tài)包含“正常工作狀態(tài)”、“廣10級 延時閉鎖狀態(tài)”。上述的光閉鎖信號，其進一步特征在于根據(jù)信號不同的頻率，對信號進行狀態(tài)區(qū) 分。上述的光閉鎖信號，其進一步特征在于信號的頻率是由FPGA生成，F(xiàn)PGA和DSP 通信時，F(xiàn)PGA輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP。本發(fā)明的有益效果微機綜合保護裝置PA61人機界面友好，提供全中文顯示界面和簡捷的可視化操 作；適應(yīng)性強，具有多種保護功能，適用于多種一次設(shè)備要求；可與高保開關(guān)柜廠家配套構(gòu) 成智能化開關(guān)柜，提高開關(guān)柜本身的技術(shù)含量，增強開關(guān)柜的競爭實力；多元化功能的高度 集成及標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，集保護、防越級跳間、測量、控制、監(jiān)測、通訊、錄波、事件記 錄等多種功能于一體。外觀時尚，體積小，模塊化設(shè)計，維護方便，降低成本。防越級光纖集線器SU20外形小巧，可方便安裝于高保開關(guān)柜內(nèi)，與PA61配合使 用，形成全面的防越級跳閘系統(tǒng)，另外自身配有電閉鎖信號輸出和跳閘閉鎖繼電器出口信 號輸出，可方便閉鎖上一級供電線路跳間出口 ；光纖連接指示燈，可方便查看光纖連接的情 況，使用維護簡單方便。當(dāng)線路出現(xiàn)過流故障時，所有關(guān)聯(lián)線路上的保護裝置從下至上，逐級發(fā)送閉鎖信 號，閉鎖上級線路過流保護出口 ；一旦光纖閉鎖連接建立后，不管供電系統(tǒng)的運行方式如何 變化，不管供電線路的優(yōu)先級如何變化，各保護裝置無需再次進行設(shè)置，都能有效的進行閉 鎖，達到防越級跳閘的目的。
圖1是本發(fā)明中微機綜合保護裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明中防越級光纖集線器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實施例的接線示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的另一接線示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。微機綜合保護裝置PA61主要由主板(包括DSP、FPGA、鐵電存儲器、采樣電路、保護 分合間繼電器、保持繼電器等等)、電源板(包括電源模塊、電流電壓變換器模塊、運放模塊 等)、顯示模塊和紅外遙控器等部件組成。如圖1所示，為本發(fā)明或?qū)嵱眯滦椭形C綜合保護裝置PA61的結(jié)構(gòu)框圖。[0031 ] 電網(wǎng)一次設(shè)備電壓、電流互感器轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號經(jīng)微機保護裝置內(nèi)部電 壓電流互感器變換成弱電信號，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再 通過DSP進行處理、運算得到相應(yīng)的電壓電流值；同時DSP接受經(jīng)光電隔離的脈沖信號和開 關(guān)量輸入信號(如斷路器狀態(tài))、外部開入按鈕信號；所有信號經(jīng)運算處理后，發(fā)出相應(yīng)的 跳合閘信號和告警信號到驅(qū)動接口電路，驅(qū)動電路將這些信號送到各繼電器，跳合閘繼電 器觸點接通接觸器的跳合間回路。各種信號的測量值、保護動作值、定值整定都通過LCD顯7J\ ο通過光電隔離的通訊接口可進行遠方通訊，可實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，并 可實現(xiàn)定值的遠方整定及查詢、遠方保護投退等功能。通過光纖接口輸入的閉鎖信號，經(jīng)過FPGA處理后發(fā)送給DSP，對微機保護裝置進 行延時閉鎖跳閘操作；如果線路開關(guān)處于合閘狀態(tài)，F(xiàn)PGA處理的閉鎖信號經(jīng)光纖閉鎖接口 輸出，接入其他PA61或SU20裝置中；如果線路開關(guān)處于分閘狀態(tài)，光纖閉鎖信號不再對外 輸出。防越級光纖集線器，型號為SU20，包括主控板、電源板。如圖2所示，為本發(fā)明或?qū)嵱眯滦椭蟹涝郊壒饫w集線器SU20的結(jié)構(gòu)框圖。SU20接收到所有PA61提供光纖閉鎖信后，經(jīng)過FPGA處理，再從SU20的光纖出口 輸出至PA61，對其進行閉鎖操作?！N實現(xiàn)防越級功能的閉鎖信號處理方法，建立光纖閉鎖防越級跳閘系統(tǒng)，它包 含兩種裝置，一種是上述的帶防越級跳閘功能的微機綜合保護裝置PA61，一種是上述的防 越級光纖集線器SU20，所述微機綜合保護裝置之間，所述微機綜合保護裝置和防越級光纖 集線器之間均采用光閉鎖信號進行連接閉鎖；信號狀態(tài)包含“正常工作狀態(tài)”、“廣10級延 時閉鎖狀態(tài)”;根據(jù)信號不同的頻率，對信號進行狀態(tài)區(qū)分；信號的頻率是由FPGA生成，F(xiàn)PGA 和DSP通信時，F(xiàn)PGA輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP ；其步驟在于步驟一下級微機保護裝置向上級微機保護裝置或光纖集線器發(fā)送光閉鎖信號；步驟二 正常工作時，利用FPGA對閉鎖信號進行處理，輸出的信號頻率為IMHz ；當(dāng) 發(fā)生過流故障時，最底層的PA61檢測到故障后，其發(fā)出的光閉鎖信號被二分頻即500KHZ，輸出至上一級開關(guān)PA61保護中，該閉鎖信號再一次被二分頻即250KHz，輸出至再上一級開 關(guān)PA61保護中，依次類推；開關(guān)最高優(yōu)先級為10級；閉鎖信號最多被分頻至IKHZ ；步驟三FPGA根據(jù)輸入光閉鎖信號不同的頻率，輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP ；步驟四針對光纖集線器SU20，F(xiàn)PGA收取頻率最高的信號，并對外輸出。本發(fā)明創(chuàng)造中閉鎖信號的設(shè)計方案中包括算法設(shè)計、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計部分。1、算法設(shè)計本發(fā)明創(chuàng)造中閉鎖信號的核心算法是對該信號進行編碼的處理。(1)底層PA61裝置向上一級PA61裝置或SU20發(fā)送光閉鎖信號。(2)正常工作時，利用FPGA對閉鎖信號進行處理，輸出的信號頻率為IMHz ；當(dāng)發(fā) 生過流故障時，最底層的PA61檢測到故障后，其發(fā)出的光閉鎖信號被二分頻即500KHZ，輸 出至上一級開關(guān)PA61保護中，該閉鎖信號再一次被二分頻即250KHz，輸出至再上一級開關(guān) PA61保護中，依次類推；開關(guān)最高優(yōu)先級為10級；閉鎖信號最多被分頻至1KHZ。(3) FPGA根據(jù)輸入光閉鎖信號不同的頻率，輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP。(4)針對SU20，F(xiàn)PGA對不同頻率的信號進行比較處理，對外輸出頻率最高的信號。當(dāng)線路出現(xiàn)過流故障時，經(jīng)過以上步驟，所有關(guān)聯(lián)線路上的保護裝置從下至上，逐 級發(fā)送閉鎖信號至上級線路保護裝置，上級線路級數(shù)越高，F(xiàn)PGA對DSP跳閘輸出控制的閉 鎖延時就越長，徹底解決傳統(tǒng)保護越級跳閘現(xiàn)象。2、軟件設(shè)計本發(fā)明創(chuàng)造中閉鎖信號處理在軟件上分為信號產(chǎn)生程序、信號分 頻程序和信號對DSP延時閉鎖輸出程序。信號產(chǎn)生程序正常工作時，F(xiàn)PGA對外發(fā)送頻率為IMHz的光信號；當(dāng)發(fā)生故障后， 故障線路裝置的DSP對FPGA發(fā)送高電平信號。信號分頻程序FPGA對DSP傳來的信號進行處理，向外發(fā)送分頻后頻率為500KHz 的光信號；如果FPGA同時接收到外部光閉鎖信號，選擇頻率最高的光信號，對其進行分頻 處理，再向外進行轉(zhuǎn)發(fā)。信號對DSP延時閉鎖輸出程序根據(jù)接收到的光閉鎖信號不同的頻率，F(xiàn)PGA輸出 不同寬度的閉鎖信號給DSP。3、硬件設(shè)計本發(fā)明創(chuàng)造中閉鎖信號處理包括輸入輸出光纖端口，F(xiàn)PGA，DSP0 FPGA 為閉鎖信號處理的核心模件，完成對信號的接收、分頻和發(fā)送等。本發(fā)明如果只針對上下兩級供電系統(tǒng)防越級，只需要在線路兩端各配置一臺 PA61，下級線路保護對上級線路保護發(fā)送光閉鎖信號，實現(xiàn)防越級跳閘。如圖3所示。本發(fā)明如果是多級系統(tǒng)，多進線、多分段、多種供電方式可變的情況下，每條線路 需配置一臺PA61，每段母線上配置一臺SU20，進線開關(guān)及其直接關(guān)聯(lián)的多個分段開關(guān)之間 配置一臺SU20，下級開關(guān)對關(guān)聯(lián)分段開關(guān)發(fā)閉鎖信號，關(guān)聯(lián)分段之間互發(fā)閉鎖信號，下級開 關(guān)和關(guān)聯(lián)分段開關(guān)對進線開關(guān)發(fā)閉鎖信號。采用多點集中，統(tǒng)一發(fā)送閉鎖信號的方式實現(xiàn) 防越級跳閘。如圖4所示。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種帶防越級跳閘功能的微機綜合保護裝置，包括主控板、電源板、顯示模塊和紅外 遙控器，其特征在于外部開入量輸入端子、繼電器輸出端子、RS485/CAN通訊端子、絕緣電 阻監(jiān)測輸入端子和光纖閉鎖輸入輸出端子均集成在主控板上；外部模擬量輸入端子通過電 源板與主控板相連；顯示模塊通過通訊電纜與主控板相連；外部開入控制按鈕通過顯示模 塊與主控板相連；紅外遙控器通過顯示模塊與主控板相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機綜合保護裝置，其特征在于所述主控板是由DSP、FPGA、 鐵電存儲器、采樣電路、保護分合閘繼電器、保持繼電器、告警繼電器組成；所述電源板是由 互感器模塊和電源模塊組成，所述互感器模塊是一種電流電壓變換器模塊；所述顯示模塊 由有源開入按鍵、指示燈、IXD和紅外接收器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機綜合保護裝置，其特征在于所述電源板通過PT三相取 電，提供給主控板電源并輸出DCllOV和DCMV。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微機綜合保護裝置，其特征在于它還具有集成在主控板上 的通訊電路部分，通過光電隔離的通訊接口可進行遠方通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的微機綜合保護裝置，其特征在于當(dāng)線路發(fā)生過 流保護時，保護裝置故障動作出口，同時內(nèi)部產(chǎn)生過流閉鎖信號，以光信號的方式輸出，對 外進行閉鎖使用；或者，當(dāng)保護裝置發(fā)生過流保護同時接收到外部過流閉鎖信號時，保護裝 置延時故障動作出口，并對輸入閉鎖信號重新進行編碼，同樣以光信號的方式輸出，對外進 行閉鎖；或者，當(dāng)保護裝置接收到外部過流閉鎖信號時，而開關(guān)處于分閘狀態(tài)下，就不再對 外發(fā)閉鎖信號；或者，當(dāng)保護裝置之間光纖連接中斷后，裝置的告警繼電器動作出口。
6.一種防越級光纖集線器，包括主控板、電源板，其特征在于所述主控板是由FPGA、 LED指示燈、撥盤開關(guān)、告警繼電器、跳間閉鎖繼電器組成；電源板是電源模塊組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防越級光纖集線器，其特征在于所述FPGA能夠?qū)Σ杉乃?有輸入閉鎖光信號重新進行處理后再次輸出，用于上級供電線路開關(guān)的閉鎖；輸出的閉鎖 信號包括光信號，用于閉鎖權(quán)利要求1所述的帶防越級跳閘功能的微機綜合保護裝置；電 信號，禾_開入閉鎖的方式閉鎖其他類型的保護裝置；跳間閉鎖繼電器出口信號，用于閉鎖 上級供電線路開關(guān)的二次跳閘回路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防越級光纖集線器，其特征在于對光纖連接可以進行判斷， 當(dāng)光纖連接中斷后，裝置的告警繼電器動作出口，LED指示燈同時點亮；主控板上的撥盤開 關(guān)可對各閉鎖輸入進行投退控制，避免裝置誤告警。
9.一種光纖閉鎖防越級跳間系統(tǒng)，包含兩種裝置，一種是權(quán)利要求1至5之一所述的帶 防越級跳閘功能的微機綜合保護裝置，一種是權(quán)利要求6至8之一所述的防越級光纖集線 器，其特征在于所述微機綜合保護裝置之間，所述微機綜合保護裝置和防越級光纖集線器 之間均采用光閉鎖信號進行連接閉鎖；信號狀態(tài)包含“正常工作狀態(tài)”、“ 1、級延時閉鎖狀 態(tài)”；根據(jù)信號不同的頻率，對信號進行狀態(tài)區(qū)分；信號的頻率是由FPGA生成，F(xiàn)PGA和DSP 通信時，F(xiàn)PGA輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP。
專利摘要本實用新型公開一種光纖閉鎖防越級跳閘系統(tǒng)及實現(xiàn)防越級功能的閉鎖信號處理方法，系統(tǒng)包含兩種裝置，一種是帶防越級跳閘功能的微機綜合保護裝置PA61，一種是防越級光纖集線器SU20，所述微機綜合保護裝置之間，所述微機綜合保護裝置和防越級光纖集線器之間均采用光閉鎖信號進行連接閉鎖；信號狀態(tài)包含“正常工作狀態(tài)”、“1~10級延時閉鎖狀態(tài)”；根據(jù)信號不同的頻率，對信號進行狀態(tài)區(qū)分；信號的頻率是由FPGA生成，F(xiàn)PGA和DSP通信時，F(xiàn)PGA輸出不同寬度的閉鎖信號給DSP。系統(tǒng)可以實現(xiàn)上下兩級供電系統(tǒng)防越級跳閘，也可以實現(xiàn)采用多點集中，統(tǒng)一發(fā)送閉鎖信號的方式實現(xiàn)防越級跳閘。
文檔編號H02H7/26GK201829937SQ201020583568
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者萬尚軍, 張偉, 李晨陽, 陳軍 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司